2016 VOL.26

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多点支持装置を用いたプレス金型の多点支持装置を用いたプレス金型のインプロセス挙
インプロセス挙動の可視化
動の可視化
大橋*大橋隆弘隆弘

T. Ohashi
１．まえがき プレス技術・数値シミュレーション技術の高まりにつれ，   U s 

数値解析だけでは解決困難な機差やセッティング不良な1  2 n2
 np   pi   ･･･  
2k i

ど物情（モデル）不一致に起因する問題に注目が集まり，インプロセスでの成形プロセス・金型挙動のモニタリング

ただし，N：支持ユニットのばね定数，Q支持ユニットのが重要となってきている．プレス加工（深絞り，打ち抜き）総数，：支持ユニットの荷重の平均，：L 番目の支持ユにおいては，金型・装置類の弾性変形，スライド・金型のニットが受ける荷重

運動（軌道），不良・異常現象のモニタリングが重要となる．また，単なる検知ではなく，これらのモニタリング内

Track of a slide

容が不良・異常の原因究明・解決（技術における原理解明・Slide

原則構築）に資するような可視化技術であることが高度な
Support unit

生産技術の蓄積のため重要である．筆者らは多点支持装置を用いて大型のプレス金型の支持状態を調整することで，成形時の金型の弾性変形を調整する研究開発，ならびに，Die (Punch plate)

支持装置をセンサーとして利用し，金型弾性変形シミュレーションに合わせこむことで，インプロセスでの金型のふるまいについて可視化するシステムの研究開発を行なってきた

図１ 金型多点支持構造の概念図本研究では，金型多点支持装置を用いて，ブランキング金型における異常（異物の挟み込みなど）時の支

持荷重の異常パターンを調査し，モニタリングすることで，上式は，同じ加工荷重の状態であっても，各支持ユニットインプロセスでの異物挟み込みの異常や，ブレイクスルーが受ける荷重が平均化するほど支持ユニットが蓄える弾時の上下型の横ずれによるパンチ磨耗を可視化あるいは性ひずみエネルギーが小さくなることを示しており，この検知する要素技術を開発する．

とき支持装置のみかけの剛性は大きくなる．また，支持ユ

ニットの高さの弾性変形量は，受圧する荷重が平均化する

２．実験方法ほど等しい値に近づいていくから，上記条件はスライドが  金型の多点支持構造

ほとんど変形しないと仮定すれば，支持装置がダイプレー

 実験に使用した多点支持装置の概念図を図１に示す．ダ

トをスライドとできるだけ並行に変形しないように支えイセットパンチプレートとプレス機スライドの間にばねる条件ともなる．そこで，支持ユニットの水平面内の配置の役割をする弾性柱を１２個挿入している．この弾性柱はを変えることで，上記条件に近づけることを試みる．手順

水平方向に固定されておらず，回転自由な球面座でパンチは以下のとおりである．試し加工をした後に，測定されたプレートに接しているため，スライド－ダイセット間でス各支持位置でのピーク荷重から，[\ を金型平面内位置，ラスト力を伝えることはない．この弾性柱を筆者らは支持ｚを荷重として 185%6 曲面をフィットする．この曲面を荷ユニットと呼んでいる．支持ユニットは側面にひずみゲー重分布曲面と呼ぶ．この荷重分布曲面の最大勾配方向に予ジが貼付されており，各支持ユニットが受ける荷重とたわめ決めた量だけ支持装置を移動することで，支持位置を再みも同時に計測できるようになっている．この支持装置に配置する．この適応的な再配置作業を筆者らはリロケーシついて，支持装置全体が蓄える弾性ひずみエネルギーは次ョンと呼んでいる．上記の一連の手続きを繰り返すことに

式のとおりとなる．

より，荷重が大きな部分に支持装置が集中することになる．
同時に，水平方向のゆれについても測定し，改善がなくなった時点でリロケーションを中止する．この状態が最適配* 国士舘

国士舘大学理工学部機械工学系教授- 71 -2016 VOL.26

置であることは保証できないが，要求仕様を満たす調整が123

合理的に得られれば工業上は用が足りるため，有用な調整R11方法である．
φ22φ20  実験装置および実験方法
実験で使用したプレス機の仕様を表１に示す．また，実験に使用した金型と支持ユニットを図２,図３に示す．使用した金型はパンチプレートの中心および中心からそれぞれ左右 50mm の位置にパンチホルダを持ち，センタ位

1639

 
1. Load-bearing part (SKS3).  2. Strain gauges.
3. Magnet

置および左右の偏心位置にφ30mm の円形パンチを装着

図３ 支持ユニット

できる．□235ｍｍ×125mm，板厚 1.2mm の 980MPa級ハイテン材に中心から右 50mm の位置に穿孔を行い，支持荷重の変化をモニタリングした．不良現象としては，カスあがりを想定した異物の金型－材料間の挟み込みおよび，パンチの焼きつき（磨耗）について評価した．異物挟み込みについては図４に示すような， A5052 片を試験片上の図５に示す点に配置し，金型との間で挟み込んで模擬した．異物を試験片と同様の鋼ではなくアルミニウム合金片としたのは実験による金型の消耗を避けるためである．
パンチ磨耗に関しては，従来の研究 2)で，支持荷重が不均一の場合に，加圧―ブレイクスルー時の上下型間（パンチホルダーダイプレート間）の動的な横ずれが最大となる

図４ 異物（抜きカス）を模擬した A5052 切片

ことがわかっている．そこで支持ユニット位置を変化させることによって荷重分布条件を変え，パンチ磨耗状態を調
２．１節で述べた方法で支持点配置を変え，その後，新しいパンチと交換して，２０回の穿孔実験を行い，支持荷重の不均一性とパンチ表面の磨耗状態を調査した．
表１ 供試プレス機の仕様
モデル
アミノ UTM-H TM020E
種別
複動油圧プレスインナースライド定格196kN
アウタスライド定格98kN
ストローク250mm
デーライト
305mm (インナ＋アウタで単動時)
テーブル面積400 x 400mm2
ボルスタ面積400 x 400mm2100

Y axis / mm

査した．まず試し加工用パンチを用いて試し加工を行い，350495867100100X axis / mm

1012200

図５ 異物の挟み込み位置（試験片左手前角(0.0), 試験片右奥角(235,125),とする．図はトップビュー）

３．実験結果  遺物挟み込みの試験 まず，実験のばらつきを調べるために，異物を置かないで１０回試行を行い，支持荷重の測定を行った．そのときの支持ユニット別の最大荷重の標準偏差を表２に示す．おおよそ最大荷重の２０％程度の支持荷重の変動が見られた．次に，図５に示した各点に異物を置いて，支持ユニット別の最大荷重を測定した．図６と図７は，異物がないときと異物をはさみこんだときの支持荷重分布を比較の一例である．異物置き位置１図８に示すように両者には差があるものの，表２の結果から見て十分大きいとは言えない．

図２ ダイセット- 72 -

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図９に最大荷重時のモーメント中心の座標を示すが．異物

93

3のあるなしで大きな変化はなく，規則性もみられない．

5Y axis /mm8

表 2 支持ユニット荷重のばらつき（その１）ユ ニ123456ット
標 準
偏 差 1925
7288
2702 645.9 1195
1366
σ N92

761異物なし
1141291
990160表 2 支持ユニット荷重のばらつき（その２）ユ ニ789101112ット
標 準
偏 差 678.6 573.4 823.5 336.9 703.2 1978
σ N

162

164
166
X axis / mm

168

170

図９ 異物位置による最大荷重時のモーメント中心の変化（座標面は金型背面．トップビュー）

180
160
16824

140

28608

21648

19228

Y axis / mm

120100

20075

16152

11675

8160

8060
18912

31425

23832

22450

40
200050

100

150

200

250

300

350

X axis / mm図６ 異物なしのときの支持最大荷重分布（N）180

図１０ 異物を挟み込んで穿孔した試験片の様子

16016800

14028560

21504

19527

図１０に異物を挟み込んで穿孔した試験片の様子を示

120

Y axis / mm

す．アルミニウム合金片はハイテン材にめり込んでいる．

10020225

15432

11950

8280

このため，最大荷重となる穿孔時に，異物が上型（ストリ80

ッパプレートとパンチホルダ）と下型（ダイホルダ）との60
18840

32425

23760

22475

40

接触面に間隙を作る効果はほとんどなく，支持ユニットの20最大荷重の分布から，異物挟み込みを検知するのは困難で

0050

100150200250300350

X aixs / mm

図７ 異物置き位置１のときの支持最大荷重分布（N）あることが，このことからも確認できた．そのため，当初研究計画にあった，金型構造の数値解析による，異物挟み込み位置別の各支持ユニットの最大荷重の感度解析は，異物検知にそれほど効果がないであろうことがわかった．
そこで次に，時間変化の中での支持荷重の変化を調査した．穿孔プロセスは，①まず素材に対してストリッパプレートが接触し，②ばねを介して押圧され，③次にパンチが素材に当たるという順番で，進行する．図１１に異物が無い場合，図１２に異物をおいた場合の時系列下の荷重変化の例を示す．異物なしの場合は，ストリッパプレート接触から，パンチ接触までの荷重は，直線状に上昇していた．
この直線状の荷重上昇は，ストリッパプレートを支えるばねによるものであると考えられる．一方で，異物を置いた条件では，ストリッパプレート接触から，パンチ接触までの時間において，支持荷重の動揺が見られた．この区間に

図８ 異物置き位置１のときと異物なしの支持荷重の差分の分布（等高線）おいて，異物は潰され，試験片にめり込んだと考えられる．
従ってこの動揺を検知することで，異物の挟み込みが検知できる．

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0Load /N

-10000
Unit no.7
Unit no.8
Unit no.10
Unit no.12-20000

図１４ 等間隔支持におけるパンチ磨耗状態-30000560

580

600620640660-2Time ×10 /s
図１１ 異物が無い場合の荷重変化例（打ち抜きなし）

0

Load /N-10000
Unit no.7
Unit no.8
Unit no.10
Unit no.12-20000-30000

図１５ 変更２回目におけるパンチ磨耗状態

４．まとめ
本研究では，金型多点支持装置を用いて，ブランキング

740

760 780 800
Time ×10-2 /s

820

840

での異物挟み込みの異常や，ブレイクスルー時の上下型の横ずれによるパンチ磨耗を検知する要素技術について検図１２ 異物位置 No.)9 の荷重変化（打ち抜きなし）討した．ストリッパプレート接触から，パンチ接触までの時間帯の荷重の異常をモニタリングすることで，異物挿み込みの異常を検知することができる．また，支持ユニット

  パンチ摩耗位置を変化させることによって荷重分布条件を変え，パン２．２節に述べた方法で，支持点位置を変え，荷重の均チ磨耗状態を調査したところ，より支持荷重が不均一な条等化を図った．その一例を図１３に示す．支持点位置を，件でパンチ磨耗がより進行していることを確認した．支持

初期の格子状とした場合の，パンチの磨耗状態を図１４に荷重の不均一性は，上下型横ずれに影響するもので，直接示す．また，変更２回目の状態でのパンチ摩耗状態を図１

パンチ磨耗を生じさせるものではないが，個別の生産環境５に示す．既報 2)のとおり，支持力の均等化によって横揺におけるデータを蓄積することで，パンチ磨耗・焼き付きれが減り，本研究では，さらにその結果としてパンチ摩耗のリスクについて評価できる可能性がある．

が減少したことが確認できた．

謝 辞
等間隔
変更1回目
変更2回目

Y / mm150
1005000

本研究は，公益財団法人天田財団からの一般研究開発助成100200X / ｍｍ300

図１３ 支持点位置$) により実施した研究に基づいていることを付記するとともに，同財団に感謝いたします．

参考文献
1) Takahiro Ohashi, Tomoaki Ando, and Noriyuki
Nakaoka, In-Process Measurement of Elastic
Deformation of a Large Deep-Drawing-Die withFusion of Experiment and Numerical Analysis,
International Journal of Automation Technology,
3-4(2009), 457-464.
2) T. Ohashi, H-J.Lian, S. Saito, A.Namisashi,
T. Sato, J. Lin, Steel Research International,
ICTP2011 Special Edition(2011), 379-384.

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